CN104505710B - 基于级联半导体光放大器的大角度光偏振旋转系统 - Google Patents
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Abstract
本发明基于级联半导体光放大器的大角度光偏振旋转系统，由顺序设置的多个级联的多级半导体光放大单元组成。系统有两种形式，其一为：每一级放大单元包括一个半导体光放大器、偏振控制器、光纤环行器与激光器。其二为：每一级放大单元包括一个半导体光放大器、偏振控制器、光纤耦合器与激光器。在最后一级放大单元中，光滤波器直接连接到一个偏振控制器实现光输出。本发明实现了多级半导体光放大器多级信号光输出偏振态旋转角度的线性叠加，从而实现了信号光偏振方向超过90度的大角度旋转。本发明一方面降低了对控制光强度的要求，另一方面加快了偏振态的旋转速度，对于全光信号高速处理具有重要的意义。
Description
技术领域
本发明涉及光信号处理领域，尤其涉及基于半导体光放大器的信号光偏振态的旋转系统。
背景技术
目前高速率大容量通信系统已经成为必然趋势，提高全光信号的处理速率成为关键问题。半导体光放大器具有非线性效应强、响应快且接入插损低和易于集成等优点，广泛应用于光纤通信系统和光信号处理技术领域。基于半导体光放大器的非线性偏振旋转效应可以制成高速全光开关、高速全光逻辑、高速全光缓存器等多种全光信号处理部件，因此提高半导体光放大器的非线性偏振旋转性能对于研制全光信号高速处理技术具有非常重要的意义。
偏振旋转系统的一个关键指标是要将信号光偏振态旋转到它的正交态，对于线偏振态也就是要旋转90度。传统的半导体光放大器偏振旋转系统通过改变半导体光放大器注入电流的方式(电控方式)控制偏振旋转，虽然使用单个半导体光放大器即可实现信号光90度的偏振旋转，但受到驱动电路的制约，偏振旋转速度相对较慢。而采用改变控制光功率的方式(光控方式)使信号光偏振旋转，响应速度要快得多，但是，目前通过改变注入单个半导体光放大器的控制光功率，还不能使信号光的输出偏振态旋转90度。
发明内容
为了解决光控方式旋转速度快和旋转角度不足之间的矛盾，本发明提出了基于多个半导体光放大器级联的光偏振旋转系统，实现正交旋转。
本发明光偏振旋转系统有两种结构形式：
其一：
一种基于级联半导体光放大器的大角度光偏振旋转系统，由顺序设置的多个级联的多级半导体光放大单元组成，每一级放大单元包括一个半导体光放大器，在半导体光放大器的输入端连接偏振控制器的输出端；半导体光放大器的输出端连接到光纤环行器的一个端口，光纤环形器的另一个端口与激光器相联，光纤环形器的第三个端口连接到光滤波器和光衰耗器；以上所述的器件组成一级的半导体光放大单元；前一级半导体光放大单元的光输出至下一级半导体光放大单元的偏振控制器，这样，半导体光放大单元一级级串联在一起组成整体系统。
其二：
一种基于级联半导体光放大器的大角度光偏振旋转系统，由顺序设置的多个级联的多级半导体光放大单元组成，每一级放大单元包括一个半导体光放大器，在半导体光放大器的输入端连接一个偏振控制器的输出端，偏振控制器的输入端与光纤耦合器连接，光纤耦合器的输入端与激光器相联；半导体光放大器的输出端连接到光滤波器和光衰耗器；以上所述的器件组成一级的半导体光放大单元；前一级半导体光放大单元的光输出至下一级半导体光放大单元的光纤耦合器，这样，半导体光放大单元一级级串联在一起组成整体系统。在最后一级放大单元中，与前面的半导体光放大单元稍不同的是，光滤波器后不经光衰耗器，直接连接到一个偏振控制器实现光输出。
本发明实现了多级半导体光放大器多级信号光输出偏振态旋转角度的线性叠加，从而实现了信号光偏振方向超过90度的大角度旋转。本发明一方面降低了对控制光强度的要求，另一方面加快了偏振态的旋转速度，对于全光信号高速处理具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明实施例一提供的一种基于多个半导体光放大器级联的大角度光偏振旋转系统的结构示意图；
图2为本发明实施例二提供的另一种基于多个半导体光放大器级联的大角度光偏振旋转系统的结构示意图。
图示如下：1-光信号输入端，2-偏振控制器，3-半导体光放大器，4-激光器，5-光纤环行器，6-光滤波器，7-光衰耗器，8-智能控制电路，9-光纤耦合器。
具体实施方式
下面结合图1、图2和具体实施方式，对本发明作具体说明。
实施例一
图1为本发明的一种基于多个半导体光放大器级联的大角度光偏振旋转系统的结构示意图。
本系统由顺序设置的多个级联的多级半导体光放大单元组成，一般为2-5级。每一级放大单元包括一个半导体光放大器3，在半导体光放大器3的输入端连接偏振控制器2的输出端。半导体光放大器3的输出端连接到光纤环行器5的一个端口，光纤环形器5的另一个端口与激光器4相联，光纤环形器5的第三个端口连接到光滤波器6和光衰耗器7。以上所述的器件组成一级的半导体光放大单元。前一级半导体光放大单元的光输出至下一级半导体光放大单元的偏振控制器2，这样，半导体光放大单元一级级串联在一起组成整体系统。在最后一级放大单元中，与前面的半导体光放大单元稍不同的是，光滤波器6后不经光衰耗器7，直接连接到一个偏振控制器2实现光输出。
其中：
由各级控制光的激光器4并联至智能控制电路8，组成一个对各级激光器4的控制部分。
本系统使用电流源作为半导体光放大器3的驱动电流，通过调节该电流的大小调整偏振旋转的角度。
所使用的光衰耗器7为手动调节的光衰耗器或电动调节的光衰耗器。
下面对图1所示的一种基于多个半导体光放大器级联的大角度光偏振旋转系统的工作原理加以说明：
图1中，输入信号光从光信号输入端1进入系统的第一级，偏振控制器2通过光纤与半导体光放大器3相联，半导体光放大器3连接到光纤环行器5的一个端口，光纤环形器5的另一个端口与激光器4相联。激光器4使用另一个波长的光，这样，激光器4输出的控制光就可以反向注入到半导体光放大器3中，通过调节激光器4输出光的功率来调整偏振旋转的角度，实现信号光的偏振旋转。经过偏振旋转的信号光经由光纤环形器5的第3个端口连接到光滤波器6和光衰耗器7，一方面滤除半导体光放大器3的噪声，同时使信号光功率衰减到较低的水平，以免过大的信号光造成下一级偏振旋转困难。经过多个半导体光放大器的级联，每个半导体光放大器前后端都有一个偏振控制器2与其连接，并完成滤波与衰减，从而实现多级的偏振旋转。在最后一级半导体光放大器中，同样包括一个连接在半导体光放大器3输入端的偏振控制器2，和一个连接在输出端的光纤环行器5、提供控制光的激光器4和偏振控制器2、光滤波器6。而在最后一级，经过光滤波器6的光就可以直接输出所需要的经过大角度偏振旋转的信号光，而不需要光衰耗器7了。最后，由各级控制光的激光器4并联至智能控制电路8，组成一个控制部分，解决它们之间的协调与衔接。
实施例二
图2为本发明的又一种基于级联半导体光放大器的偏振旋转系统的结构示意图。
本系统由顺序设置的多个级联的多级半导体光放大单元组成，一般为2-5级。每一级放大单元包括一个半导体光放大器3，在半导体光放大器3的输入端连接一个偏振控制器2的输出端，偏振控制器2的输入端与光纤耦合器9连接，光纤耦合器9的输入端与激光器4相联。半导体光放大器3的输出端连接到光滤波器6和光衰耗器7。以上所述的器件组成一级的半导体光放大单元。前一级半导体光放大单元的光输出至下一级半导体光放大单元的光纤耦合器9，这样，半导体光放大单元一级级串联在一起组成整体系统。在最后一级放大单元中，与前面的半导体光放大单元稍不同的是，光滤波器6后不经光衰耗器7，直接连接到一个偏振控制器2实现光输出。
其中：
由各级控制光的激光器4并联至智能控制电路8，组成一个对各级激光器4的控制部分。
本系统使用电流源作为半导体光放大器3的驱动电流，通过调节该电流的大小调整偏振旋转的角度。
所使用的光衰耗器7为手动调节的光衰耗器或电动调节的光衰耗器。
下面对图2所示的一种基于多个半导体光放大器级联的大角度光偏振旋转系统的工作原理加以说明：
图2中，达到输入端1的信号光和由激光器4发出的控制光通过一个光纤耦合器9耦合在一起并与偏振控制器2相联，由偏振控制器2输出的光达到半导体光放大器3并实现偏振旋转。在半导体光放大器3的输出端连接一个光滤波器6和光衰耗器7，滤除半导体光放大器3的噪声，并同时使信号光功率衰减到较低的水平，以免过大的信号光造成下一级偏振旋转困难。此后，经过多级半导体光放大单元的偏振旋转，每级都有同样的结构，到达最后一级。在最后一级，来自于上一级的信号光和本级激光器4通过光纤耦合器9与偏振控制器2相联，偏振控制器2输出的光到达最后一级半导体光放大器3，实现最后一级的偏振旋转，然后通过偏振控制器2，将输出光偏振态的坐标系与所需要的协调一致，然后经由光滤波器6滤除噪声后输出，而不需要光衰耗器7了。最后，由各级控制光的激光器4并联至智能控制电路8，组成一个控制部分，解决它们之间的协调与衔接。
本系统中所有的元器件均为现有的器件，即：所述的偏振控制器、半导体光放大器、激光器、光纤环行器、光滤波器、光衰耗器、智能控制电路、光纤耦合器等均是现有产品或市售产品，而非本申请人的发明。其中智能控制电路可以是CPU芯片或FPGA可编程逻辑芯片或其他芯片组成的控制电路。
Claims (7)
1.一种基于级联半导体光放大器的大角度光偏振旋转系统，由顺序设置的多个级联的多级半导体光放大单元组成，每一级放大单元包括一个半导体光放大器(3)，其特征在于：在半导体光放大器(3)的输入端连接偏振控制器(2)的输出端；半导体光放大器(3)的输出端连接到光纤环行器(5)的一个端口，光纤环行器(5)的另一个端口与激光器(4)相联，光纤环行器(5)的第三个端口连接到光滤波器(6)和光衰耗器(7)；以上所述的器件组成一级的半导体光放大单元；前一级半导体光放大单元的光输出至下一级半导体光放大单元的偏振控制器(2)，这样，半导体光放大单元一级级串联在一起组成整体系统；由各级控制光的激光器(4)并联至智能控制电路(8)，组成一个对各级激光器(4)的控制部分。
2.根据权利要求1所述的光偏振旋转系统，其特征在于：在最后一级放大单元中，光滤波器(6)后不经光衰耗器(7)，直接连接到一个偏振控制器(2)实现光输出。
3.一种基于级联半导体光放大器的大角度光偏振旋转系统，由顺序设置的多个级联的多级半导体光放大单元组成，每一级放大单元包括一个半导体光放大器(3)，其特征在于：在半导体光放大器(3)的输入端连接一个偏振控制器(2)的输出端，偏振控制器(2)的输入端与光纤耦合器(9)连接，光纤耦合器(9)的输入端与激光器(4)相联；半导体光放大器(3)的输出端连接到光滤波器(6)和光衰耗器(7)；以上所述的器件组成一级的半导体光放大单元；前一级半导体光放大单元的光输出至下一级半导体光放大单元的光纤耦合器(9)，这样，半导体光放大单元一级级串联在一起组成整体系统；由各级控制光的激光器(4)并联至智能控制电路(8)，组成一个对各级激光器(4)的控制部分。
4.根据权利要求3所述的光偏振旋转系统，其特征在于：在最后一级放大单元中，光滤波器(6)后不经光衰耗器(7)，直接连接到一个偏振控制器(2)实现光输出。
5.根据权利要求1或3所述的光偏振旋转系统，其特征在于：所述的多级半导体光放大单元为2-5级。
6.根据权利要求1或3所述的光偏振旋转系统，其特征在于：本系统使用电流源作为半导体光放大器(3)的驱动电流，通过调节该电流的大小调整偏振旋转的角度。
7.根据权利要求1或3所述的光偏振旋转系统，其特征在于：所使用的光衰耗器(7)为手动调节的光衰耗器或电动调节的光衰耗器。
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